基于DSP的配電變壓器在線監(jiān)測儀的研究
摘要:應用數(shù)字信號處理器(DSP)的特殊資源,采用DSP+AT89C51的雙CPU結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮了DSP的數(shù)據(jù)處理能力,通過對實時數(shù)據(jù)的計算和分析實現(xiàn)了對配電變壓器的監(jiān)測。
關(guān)鍵詞:數(shù)字信號處理器DSP變壓器監(jiān)測儀
1引言
電力變壓器是具有兩個或多個繞組的靜止設(shè)備,為了傳輸電能,在同一頻率下,通過電磁感應將一個系統(tǒng)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一個系統(tǒng)的電流和電壓。在電力系統(tǒng)中變壓器是一個主要的設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,越來越多的配電變壓器投入使用,對于配電變壓器的運行狀況進行監(jiān)測的工作量也越來越大,以往傳統(tǒng)的離線監(jiān)測方式已經(jīng)不能滿足要求,所以我們開發(fā)了一種便攜式的配電變壓器在線監(jiān)測儀。
2監(jiān)測儀的總體方案設(shè)計
變壓器運行的重要參數(shù)包括電壓、電流、有功功率、無功功率等,還有故障時的錄波數(shù)據(jù),根據(jù)錄波數(shù)據(jù)判斷有無故障出現(xiàn)。在故障判斷中我們采用了目前較為先進的小波變換技術(shù),需要硬件中數(shù)字信號處理器的支持,相應的我們在硬件中采用了美國TI公司的帶有片上A/D轉(zhuǎn)換器的TMS320C240數(shù)字信號處理器,在系統(tǒng)功能中它主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理(計算),系統(tǒng)采用DSP+AT89C51的雙CPU結(jié)構(gòu),AT89C51用來完成鍵盤、結(jié)果顯示及結(jié)果打印及與上位機通信的功能,DSP與AT89C51之間采用雙口RAM(IDT7132)交換數(shù)據(jù),系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
圖1監(jiān)測儀總體方案圖
其中EEPROM采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT93C46,具有三線制串行接口,操作指令集包括讀、寫、擦除、全部擦除、寫禁止、解除寫禁止及寫所有地址。它還提供一個可以改變芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳ORG,當ORG接高電平時,選擇16位存儲器結(jié)構(gòu),對芯片的各種操作以字為單位,若接地或懸空,即選擇8位存儲器結(jié)構(gòu),對芯片的各種操作以字節(jié)為單位。我們將ORG接高電平,使DSP可以一次讀取或?qū)懭胍粋€字。
鍵盤我們選用通用鍵盤,包括16個鍵。除了10個數(shù)字鍵還有:確認鍵、取消鍵、選擇鍵、打印鍵、開始鍵、復位鍵。我們選擇8279芯片作為鍵盤接口芯片,它能自動完成鍵盤的掃描輸入,能自動清除按鍵抖動,并實現(xiàn)多鍵同時按下的保護,減輕了單片機的軟件負擔。
LCD我們選擇了帶有接口芯片T6963C的點陣式液晶顯示器,它可以直接與AT89C51連接,可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式顯示,具有內(nèi)部字符發(fā)生器,可管理64K顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器,允許單片機隨時訪問顯示緩沖區(qū)。
我們預留了打印機接口和與上位機的通信接口,以備作進一步功能擴展之用。
3DSP交流采樣實時算法
根據(jù)電工原理,周期性變化的電流、電壓的有效值公式:
以上兩式離散化得:
功率的離散化公式為:
當采樣點數(shù)時,上述運算表達式具有較高的計算精度。
監(jiān)測儀除了檢測電流、電壓、功率這些運行參數(shù)之外,還對變壓器的絕緣情況進行監(jiān)測,常規(guī)的電力變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測法、射頻檢測法和化學方法等。我們在研究了各種局放檢測方法后,選擇了射頻檢測法,利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點處測取信號,測量的信號頻率可以達到3萬千赫茲。
4監(jiān)測儀軟件設(shè)計
其中DSP負責數(shù)據(jù)采集和處理(計算),其軟件流程圖如圖2所示。
圖2DSP程序流程圖
DSP輸出結(jié)果即告訴AT89C51可以取結(jié)果了,AT89C51可以將結(jié)果顯示、打印或上傳。
5監(jiān)測儀的抗干擾措施
監(jiān)測儀的工作環(huán)境有各種各樣的干擾,回影響其工作可靠性和精度,我們采取了以下抗干擾措施:
?。?)我們采取的抑制差模干擾的方法有對輸入信號進行數(shù)字濾波,采用雙絞屏蔽線。對輸入信號進行數(shù)字濾波,不但可以減少差模干擾的影響,而且不增加硬件開銷,可靠性高,無阻抗匹配問題。
?。?)抑制共模干擾的方法有對信號的輸入采用對稱輸入和浮地輸入。
?。?)對互感器的外部設(shè)有屏蔽罩,避免互感器的電磁波干擾其他模擬數(shù)字電路。
?。?)在電路中加多個去耦電容。
6結(jié)論
傳統(tǒng)的變壓器監(jiān)測是離線監(jiān)測,變壓器在線監(jiān)測是發(fā)展方向,本文所設(shè)計的監(jiān)測儀是在此方向上的一個探索,相信在此基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)功能,比如利用現(xiàn)場總線技術(shù)組成局部網(wǎng)絡(luò),并將數(shù)據(jù)上傳,建立變壓器實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫及故障診斷專家系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向,我們的工作也會在這個方向下繼續(xù)。
參考文獻
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作者簡介:
劉增良(1959-),男,漢族,河北清苑人,副教授,研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。
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